專(zhuān)利名稱(chēng)：?jiǎn)谓M分、環(huán)境能固化的水性涂料組合物，相關(guān)的方法和涂覆的基材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涂料組合物。更具體地，本發(fā)明涉及單組分、環(huán)境能固化的水性涂料組合物。本發(fā)明還涉及制備這些涂料組合物的方法，用這些組合物沉積的涂層涂覆的基材，以及將涂層沉積在基材上的方法。
背景技術(shù)：
從例如最終用戶(hù)的方便性的立足點(diǎn)來(lái)看，在許多情況下，期望所有的組分在單個(gè)容器中存儲(chǔ)在一起的涂料組合物。這些涂料組合物應(yīng)該顯示出的性質(zhì)包括存儲(chǔ)穩(wěn)定性。換句話(huà)說(shuō)，從該組合為不再適合于方便地用于沉積涂層的角度來(lái)說(shuō)，組合物的粘度不應(yīng)該隨時(shí)間而顯著增加。在許多情況下，期望使用液體涂料組合物，其是水性的，而不是基于有機(jī)溶劑的。這種期望主要源于在涂覆過(guò)程中釋放出揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的環(huán)境考慮。也常常期望提供在大氣溫度和壓力的環(huán)境條件下是能固化的涂料組合物。這些組合物在許多情況下優(yōu)選例如是熱固化的或者輻射固化的涂料組合物，因?yàn)?i)需要很小或者不需要能量來(lái)使該組合物固化，( )構(gòu)成一些基材的材料不能承受升高溫度的固化條件，和/或(iii)所涂覆的大型或者復(fù)雜的制品可能不便于通過(guò)熱或者輻射固化設(shè)備處理。已知碳二亞胺化合物與羧基在環(huán)境條件下反應(yīng)。結(jié)果，這種化學(xué)已經(jīng)用來(lái)交聯(lián)涂料組合物中的羧基官能的樹(shù)脂。但是，這些組合物對(duì)于廣泛地用作單組分組合物來(lái)說(shuō)存儲(chǔ)穩(wěn)定性不足，因?yàn)樘级啺坊鶊F(tuán)和羧基具有反應(yīng)性。結(jié)果，會(huì)期望提供基于碳二亞胺-羧基化學(xué)反應(yīng)的單組分、水性、環(huán)境能固化的涂料組合物，其中這些組合物顯示出與現(xiàn)有技術(shù)相比顯著改進(jìn)的存儲(chǔ)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
在某些方面，本發(fā)明涉及單組分水性涂料組合物。所述涂料組合物包括(a)聚碳二亞胺，所述聚碳二亞胺是(i)親水性改性的；和(ii)源自四甲基亞二甲苯基二異氰酸酯；(b)羧酸官能的聚合物；和(c)堿，所述堿的量大于中和100%的所述羧酸官能的聚合物的酸基團(tuán)所需的理論量，并且足以為該組合物提供至少9. O的pH。本發(fā)明還特別涉及制備和使用這些涂料組合物和至少部分涂覆有由這些組合物沉積的涂層的基材的方法。
具體實(shí)施方式
為了以下詳細(xì)描述的目的，應(yīng)該理解，本發(fā)明可以采用各種可供選擇的變體和步驟順序，除非其中明確地有相反的規(guī)定。此外，除了在任何操作實(shí)施例中之外，或者除了另外指出，否則，所有的數(shù)字表述，例如，在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中用的成分的量應(yīng)該理解為在所有的情況下被術(shù)語(yǔ)“約”修飾。因此，除非相反指出，在以下的說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求中所列的數(shù)字參數(shù)是約數(shù)，它們可根據(jù)要通過(guò)本發(fā)明獲得的理想性質(zhì)而變化。至少，并且以不試圖限制將等同理論適用至權(quán)利要求的范圍，每個(gè)數(shù)字參數(shù)應(yīng)該至少根據(jù)所給出的有效數(shù)字的數(shù)值并且應(yīng)用一般的四舍五入技術(shù)來(lái)解釋。盡管設(shè)定本發(fā)明的寬范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是約數(shù)，但是在具體實(shí)施例中所列的數(shù)值是盡量精確地給出的。但是，任何數(shù)值本身含有從在它們的各個(gè)試驗(yàn)測(cè)量中實(shí)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)偏差獲得的必然的誤差。同樣，應(yīng)該理解本申請(qǐng)記載的任何數(shù)值范圍都意圖包含含在其中的所有子范圍。例如，范圍“I至10”意圖包括所記載的最小值I和所記載的最大值10之間(并且包括I和10)的所有子范圍，也即，具有最小值等于或者大于I和最大值等于或者小于10。 在本申請(qǐng)中，使用的單數(shù)包含復(fù)數(shù)，并且復(fù)數(shù)包含單數(shù)，否則會(huì)另外地具體地指 出。此外，在本申請(qǐng)中，使用“或者”是指“和/或”，否則會(huì)另外具體地指出，但是在某些情況下也會(huì)明確地使用“和/或”。如上所述，本發(fā)明的某些實(shí)施方式涉及涂料組合物，例如單組分、水性的、環(huán)境能固化的涂料組合物。本申請(qǐng)所用的術(shù)語(yǔ)“單組分”是指這樣的涂料組合物，其中所有的組合物組分都在單一的容器中存儲(chǔ)在一起，并且其是存儲(chǔ)穩(wěn)定的，這意味著組合物的粘度不隨時(shí)間顯著增加到該組合物不再適合于方便地沉積涂層的程度。實(shí)際上，在某些實(shí)施方式中，本發(fā)明的單組分涂料組合物當(dāng)存儲(chǔ)在120° F或160° F的溫度時(shí)顯示出3個(gè)月或更長(zhǎng)的存儲(chǔ)期(pot life)，這通過(guò)當(dāng)在那些溫度存儲(chǔ)在密封的容器中缺乏組合物的膠凝來(lái)證明。認(rèn)為這相當(dāng)于是在環(huán)境條件的溫度和壓力下當(dāng)存儲(chǔ)在密封容器中時(shí)3年或更長(zhǎng)的存儲(chǔ)期。本申請(qǐng)所用的“水性的”是指這樣的涂料組合物，其中用于該涂料組合物的溶劑或者載體流體主要或者首要地包含水。例如，在某些實(shí)施方式中，該載體流體是至少80wt%的水，基于載體流體的總重量。此外，某些本發(fā)明的涂料組合物是“低VOC涂料組合物”。本申請(qǐng)所用的術(shù)語(yǔ)“低VOC組合物”是指該組合物含有每加侖涂料組合物不大于3磅的揮發(fā)性有機(jī)化合物。本申請(qǐng)所用的術(shù)語(yǔ)“揮發(fā)性有機(jī)化合物”是指從該組合物中在其干燥和/或固化過(guò)程中釋放的具有至少一個(gè)碳原子的化合物?！皳]發(fā)性有機(jī)化合物”的實(shí)例包括但不限于醇、苯、甲苯、氯仿、和環(huán)己烷。本申請(qǐng)所用的術(shù)語(yǔ)“環(huán)境能固化的”是指涂料組合物在施涂到基材上之后能夠在環(huán)境空氣存在下固化，所述空氣的相對(duì)濕度為10至100%，例如25至80%，和溫度為-10至120° C，例如5至80° C，在一些情況下為10至60° C，在再其它情況下，15至40° C。本申請(qǐng)所用的術(shù)語(yǔ)“固化”是指這樣的涂層，其中組合物的任何能交聯(lián)的組分至少部分地交聯(lián)。在某些實(shí)施方式中，能交聯(lián)組分的交聯(lián)密度，即，交聯(lián)度，為完全交聯(lián)的5%至100%，例如35%至85%，或者，在一些情況下，50%至85%。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，交聯(lián)的存在和程度，即，交聯(lián)密度，可由各種方法確定，例如使用Polymer Laboratories MKIII DMTA分析儀在氮?dú)庀逻M(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)熱分析(DMTA)。如上所述，本發(fā)明的涂料組合物包含聚碳二亞胺。本申請(qǐng)所用的術(shù)語(yǔ)〃聚碳二亞胺"是指含有兩個(gè)或者更多個(gè)具有結(jié)構(gòu)-N = C = N-的單元的聚合物。如所領(lǐng)會(huì)的，聚碳二亞胺通常可通過(guò)使多異氰酸酯在核實(shí)的催化劑存在下進(jìn)行縮合反應(yīng)形成具有端位NCO-官能度的聚碳二亞胺，這將會(huì)更加完整地描述于下文中。但是，在本發(fā)明中，產(chǎn)生前述聚碳二亞胺的多異氰酸酯是四甲基亞二甲苯基二異
氰酸酯(“TMXDI”)。適合用于本發(fā)明的TMXDI包括例如m-TMXDI、p-TMXDI、及其混合物。這
些具有以下結(jié)構(gòu)式，并且可通過(guò)在以下文獻(xiàn)中所述的方法制備例如美國(guó)專(zhuān)利3，290，350權(quán)利要求
1.一種單組分水性涂料組合物，其包含 (a)聚碳二亞胺，所述聚碳二亞胺是 (i)親水性改性的；和 ( )源自四甲基亞二甲苯基二異氰酸酯； (b)羧酸官能的聚合物；和 (c)堿,所述堿的量大于中和100%的所述羧酸官能的聚合物的酸基團(tuán)所需的理論量，并且足以為該組合物提供至少9. O的pH。
2.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中所述四甲基亞二甲苯基二異氰酸酯包括間四甲基亞二甲苯基二異氰酸酯。
3.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中所述聚碳二亞胺是異氰酸酯封端的聚碳二亞胺與含單官能活性氫的化合物的反應(yīng)產(chǎn)物。
4.權(quán)利要求3的涂料組合物，其中所述含單官能活性氫的化合物包括分子量大于500的聚醚胺。
5.權(quán)利要求4的涂料組合物，其中所述聚醚胺具有以下結(jié)
6.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中所述羧酸官能的聚合物包括聚氨酯。
7.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中所述堿以足以為所述組合物提供至少9.5的pH的量存在。
8.權(quán)利要求7的涂料組合物，其中所述堿以足以為所述組合物提供至少10.O的pH的量存在。
9.使用權(quán)利要求I的涂料組合物的方法，包括 (a)將所述涂料組合物施涂至要涂布的基材的表面， (b)使該組合物接合形成基本上連續(xù)的膜；和 (C)使該膜固化。
10.制備涂料組合物的方法，包括 (a)合并以下⑴和(ii): (i)聚碳二亞胺的水性分散體，所述聚碳二亞胺是親水性改性的，并且源自四甲基亞二甲苯基二異氰酸酯，其中所述水性分散體的pH為大于7. 0，和( )堿中和的羧酸官能的聚合物的水性分散體；和(b)將堿以足以為該合并物提供至少9.O的pH的量添加到步驟(a)得到的合并物中為該。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述水性分散體(a)⑴的pH為至少9.O。
12.權(quán)利要求10的方法，其中在步驟(b)中所述堿以足以為該合并物提供至少9.5的pH的量添加。
13.權(quán)利要求12的方法，其中在步驟(b)中所述堿以足以為該合并物提供至少10.O的pH的量添加。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述聚碳二亞胺是異氰酸酯封端的聚碳二亞胺與含單官能活性氫的化合物的反應(yīng)產(chǎn)物，所述含單官能活性氫的化合物包括分子量大于500的聚醚胺。
全文摘要
本申請(qǐng)披露涂料組合物，其可以是單組分，環(huán)境能固化的，和水性的。所述涂料組合物包含聚碳二亞胺、羧酸官能的聚合物、和堿。所述聚碳二亞胺是親水性改性的，并且源自四甲基亞二甲苯基二異氰酸酯。該堿以足以為組合物提供至少9.0的pH的量存在于組合物中。
文檔編號(hào)C08G18/50GK102869694SQ201180019618
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者I·G·施溫德曼, V·卡爾薩尼, R·R·安布羅斯, M·A·M·福瑞, S·斯瓦魯普, A·M·沙瑟爾, J·瑪茲, C·L·伯格斯 申請(qǐng)人:Ppg工業(yè)俄亥俄公司